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声波黑洞证实了霍金辐射理论
2019-06-03    阅读量:30484    新闻来源:互联网     |  投稿

1974年,已故斯蒂芬霍金在一项着名的研究中提出,除了质量和旋转之外,黑洞的特征还在于独特的温度。他还声称,黑洞不仅会消耗物质,还会散发出辐射。以色列理工学院的研究人员已经开始通过在实验室中创建一个黑洞模拟来测试这一理论stylechina.com。结果与霍金的预测一致,使该理论更加可信。


甲  黑洞被定义为时空的区域,其极强重力防止任何东西,包括光,逸出。这实际上意味着我们无法直接看到黑洞 - 尽管今年天文学家捕捉到了黑洞事件视界(黑洞的旋转,明亮边界)的图像。科学家们确信存在黑洞,从他们的理论计算和黑洞周围旋转的气体盘发出的X射线观察来看。附近恒星的运动也可以推断出黑洞的存在。事实上,大多数星系 - 包括银河系 - 都被认为是由超大质量黑洞的引力结合在一起的 (质量是太阳的数百万倍),位于银河系中心。


但如果一切都被吸进了黑洞,永远不会回来,这些物品过去常常会有什么信息呢?根据量子力学定律,物质不能简单地消失而不留下其先前状态的信息。所以,一方面,我们有物理学,说信息永远不会真正丢失,也不是真正的复制,而另一方面,我们知道一个物体太靠近,并穿过黑洞的事件视界,它可以永远不要逃避



这被称为黑洞信息悖论 - 斯蒂芬霍金几十年来一直试图破解它。他的调查最终导致他发展了霍金辐射理论,其中物理学家认为并非所有物质都陷入黑洞。在某些情况下,当被缠绕的粒子对被吸引到黑洞中时,其中只有一个会落入,而另一个则逃脱。霍金将这些逃逸的粒子称为霍金辐射,理论上它的性质应该是热辐射,其温度取决于黑洞的大小。


测试这样的理论几乎是不可能的,因为我们目前缺乏测量真实黑洞辐射所需的技术。这就是以色列理工学院的研究团队必须提出创造性解决方案的原因。在他们的新研究中,作者制作了玻色 - 爱因斯坦凝聚体(BEC) - 物质消失的第五种物质形式,量子现象开始接管,即使在宏观尺度上也是如此。BEC物质几乎停止表现为粒子并且开始表现得更像波浪。在BEC中,您可以观察到“原子波”,彼此同步移动,就像海浪中的水滴一样。


黑洞模拟的实验装置。 图片来源:Jeff Steinhauer。黑洞模拟的实验装置。图片来源:Jeff Steinhauer。

为了制造BEC,以色列研究人员在聚焦激光束中捕获了8,000个铷原子,使物质冷却到绝对零度以上十亿分之一度。在BEC的一侧发射的第二个激光使其在那一侧更密集。根据研究人员的研究,这导致了一个过渡,它以恒定的速度从较密集区域(黑洞外)的凝结水移动到密度较小的区域(类似于黑洞内部)。这是一个有点棘手的地方:研究人员说,穿过密集区域的声波移动得比这个过渡流动更快,允许声音向任一方向移动。然而,在密度较小的区域,声波只能远离尖锐的过渡 - 换句话说,进一步进入黑洞模拟。


光可以移开或进入黑洞(并且永远不会逃脱),在这个实验中,光被声音取代。在实验中,研究人员强迫一对声子中的一个(如声音中的光子)落入铷原子流中,而另一个则被允许逃逸。当研究人员测量两个声子时,他们记录的平均温度为0.035亿分之一开尔文,这与霍金的预测一致。


这些发现绝不能证明霍金的理论 - 这需要目前尚不存在的技术。然而,发表在“ 自然”杂志上的 这项研究  表明,霍金肯定会有所作为。


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